從表4 看出,WRF/CALMET 模式系統(tǒng)對風(fēng)速Weibull分布A 值的模擬相對差一些,沒有一個塔每個月A 值的相對誤差都能小于10%。圖5-6 分別給出了3 號和2 號塔每個月觀測與模擬的風(fēng)速Weibull 分布。對照表1 可以看出,2004 年7 月在3 號塔位置上,由于風(fēng)速模擬值在低風(fēng)速區(qū)的分布頻率較高,造成了月平均模擬風(fēng)速值偏小9.84%。2號塔每個月低風(fēng)速區(qū)的模擬風(fēng)速值頻率均偏高,因此4 個月的月平均風(fēng)速模擬值都相對偏小。這可能是因為2 號塔位于較窄的山梁上,氣流爬坡后過山頂時會加速,而本文WRF/CALMET 模式中的地形描述是200m×200m 范圍內(nèi)的平均地形,造成模式中的坡度比實際的坡度小,因此風(fēng)速的模擬值就會偏小。

圖5 3號塔觀測與模擬風(fēng)速頻率分布,橫軸為風(fēng)速(m/s),縱軸為頻率(%)a~d分別從2003年10月、2004年1、4、7月測風(fēng)塔觀測計算得到e~f分布從2003年10月~2004年7月模擬值計算得到

圖6 2號塔觀測與模擬風(fēng)速頻率分布,橫軸為風(fēng)速(m/s),縱軸為頻率(%)a~d分別從2003年10月、2004年1、4、7月測風(fēng)塔觀測計算得到e~f分布從2003年10月~2004年7月模擬值計算得到
圖7 測風(fēng)塔觀測、CALMET模擬、WT模擬60m高度風(fēng)向風(fēng)玫瑰圖

圖8 測風(fēng)塔觀測、CALMET 模擬、WT 模擬60m 高度風(fēng)速頻率分布
4.3 陡峭地形數(shù)值模擬實驗
采用測風(fēng)塔觀測資料對WRF/CALMET 數(shù)值模擬結(jié)果的檢驗表明, WRF/CALMET 模式系統(tǒng)能較好地模擬山區(qū)中較為開闊地形上的風(fēng)能資源,能夠滿足山區(qū)風(fēng)電場風(fēng)能資源評估的需求。7 號塔位于坡度為27°的陡坡上,且三面環(huán)山,本文采用200m×200m 水平分辨率的CALMET 動力診斷模式,對如此陡峭地形的風(fēng)場模擬誤差較大。為探索對這種陡峭地形風(fēng)場的有效的數(shù)值模擬方法,本文選用法國美迪順風(fēng)公司的風(fēng)能資源評估軟件工具WT,采用25m×25m 的水平分辨率,4m 的垂直分辨率,模擬以7 號測風(fēng)塔為中心、半徑7.5km 范圍內(nèi)的風(fēng)能資源分布,然后用7 號測風(fēng)塔觀測資料進行檢驗。WT 軟件基于Navier-Stokes 方程非線性求解,較動力診斷方法能更好地描述大氣邊界層的湍流運動。在WT 計算范圍,采用WRF 模式計算輸出的每小時格點數(shù)據(jù)作為輸入數(shù)據(jù),分別計算了7 號塔位置上2003 年10 月和2004 年1 月60m 高度的風(fēng)向風(fēng)速,得到了風(fēng)向玫瑰圖(圖7)和風(fēng)速頻率分布圖(圖8)。
圖7 給出了分別由測風(fēng)塔觀測資料、WRF/CALMET 模擬結(jié)果、WT 計算結(jié)果得出的風(fēng)向玫瑰圖。從圖中可以看到,WRF/CALMET 與WT 計算結(jié)果相近,計算得出的盛行風(fēng)向與測風(fēng)塔觀測一致,但頻率則差別較大。從圖8 中可以看到,CALMET 模擬結(jié)果在2003 年10 月 12m/s 風(fēng)速區(qū)間、2004年1 月 10m/s 風(fēng)速區(qū)間內(nèi)的頻率要明顯大于測風(fēng)塔的實際觀測。相比之下, WT 的計算結(jié)果不僅在高風(fēng)速區(qū)間頻率分布與實際觀測相一致,在低風(fēng)速區(qū)間的頻率分布也很接近。因此對WT 計算結(jié)果的月平均風(fēng)速的誤差檢驗表明,2003年10 月和2004 年1 月的月平均風(fēng)速區(qū)模擬相對誤差分別為-5.40% 和0.04%。